拯救生命的科学，无人机正被直接送入火山

来源：生命科学 【在线投稿】栏目：综合新闻时间：2020-11-03

地球上估计有300座活火山，面临的挑战是如何监测它们，以便在它们爆发前发出预警。测量火山气体排放也不是一件容易的事。

现在，研究人员设计了一种特殊改装的无人机，用于帮助巴布亚新几内亚(PNG)的一座活火山收集数据。

无人机可以帮助当地社区监测附近的火山，并预测未来的喷发。他们的测量还可以告诉我们更多关于地球上最难以接近的、高度活跃的火山，以及火山对全球碳循环的贡献。

马纳姆火山位于巴布亚新几内亚东北海岸一个只有10公里(6英里)宽的岛上。岛上居住着9000多名居民，当地称其为Manam Motu火山，是该国最活跃的火山之一。2004年，马纳姆岛的一次大喷发迫使整个岛屿疏散到大陆，摧毁了人们的庄稼和家园。

科学家有几种预测火山爆发的方法。他们可以监测该地区的地震活动，以探测几乎总是在火山爆发之前出现的震动，并在岩浆在火山地下积聚时，观察火山倾斜的岩壁中凸起的部分。

如果天气晴朗，卫星还可以迅速探测和测量火山释放的二氧化硫(SO2)等气体。这些气体排放的变化可能预示着下面的火山更加活跃。

“我们还没有对马纳姆火山进行详细的研究，但我们从卫星数据中可以看到，它正在产生强烈的辐射，”来自伦敦大学学院的火山学家Emma Liu说，她领导着这个由地球科学家和航空航天工程师组成的研究小组。

新墨西哥大学的地球化学家托拜厄斯·费希尔补充说:“我们也想量化这个巨大的二氧化碳排放者的碳排放量。”

尽管火山排放的碳只是人类排放的一小部分，但研究人员仍希望能够估算出火山排放的二氧化碳量，并将其纳入我们现有的碳预算，以限制气候变化的影响。

2018年10月和2019年5月，国际团队前往巴布亚新几内亚，在马纳姆岛进行了两次野外作战，测试了两种配备了气体传感器、摄像机和其他设备的远程无人机。

马纳姆火山陡峭的斜坡使步行收集气体样本变得极其危险，而无人机可以安全地直接飞进滚滚的羽状气流中，帮助研究小组更准确地测量火山气体排放。

无人机飞到2000米(6561英尺)高的马纳姆火山高度湍流的羽状物上，离发射台6公里(3.7英里)远，远远超出了飞行员的视线范围。

在每次飞行中，无人机都拍摄了马纳姆火山及其两个火山口的图像，测量了上升羽状物上方的气体成分，并收集了4袋额外的气体，以便在飞机着陆时进行快速分析。

无人机飞越的航拍图像显示，2018年10月至2019年5月期间，马纳姆火山口南部的脱气现象加剧。事实上，就在研究人员第二次实地考察后的一个月，这座火山在6月份就爆发了。

但是不断上升的火山排放物并不仅仅是火山喷发迫在眉睫或可能发生的可靠指标，因此研究人员还研究了马纳姆火山羽流中不同气体(即二氧化碳和二氧化硫)的比例。

据报道，这可以帮助探测火山喷发前炽热的岩浆上升到地表，以及富含二氧化碳的排放物的排出。

然而，研究人员发现，在两次野外考察中，Manam释放的气体混合物几乎是一样的。

结合无人机测量数据和卫星数据，研究人员能够证明，马纳姆火山是世界上十大最强的脱气火山之一，估计每天排放3700吨二氧化碳和大约5100吨二氧化硫——比之前的估计要高。

研究小组还推断出，Manam释放的大部分碳很可能来自上地幔，而不是来自地球较浅地壳的沉积物，这是他们通过分析气体混合物中的不同碳同位素得出的结论。

该研究团队在他们的论文中总结道:“我们的新方法——远程和高空[无人机]操作，使现场测量成为可能——是目前唯一可行的方法，通过它我们可以表征像Manam这样陡峭、危险和高度活火山的气体化学成分。”

未来的研究将需要科学家更加勤奋的工作和无人机的飞行时间，因为这项研究的测量跨度仅为10天。

有了足够的资金为当地科学家提供设备和培训，该策略可以用于其他地方，以监测其他危险的难以接近的火山，如菲律宾的马荣火山和印度尼西亚的锡纳朋火山。